Trong Chiến dịch mùa Xuân năm 1975, thực hiện chủ trương của Bộ tư lệnh Quân khu 5, Sư đoàn 3 có nhiệm vụ tiêu diệt một bộ phận quan trọng sinh lực địch và chia cắt đường 19, tạo điều kiện thuận lợi cho hướng tấn công chính ở Tây Nguyên và phong trào đấu tranh của địa phương tỉnh Bình Định. Tham gia Chiến dịch Hồ Chí Minh giải phóng Bà Rịa-Vũng Tàu.
Sư đoàn 3 đón nhận danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân (1-1976). Ảnh tư liệu.
Tham gia Tổng tiến công và nổi dậy mùa Xuân 1975 từ 4-3 đến 30-4-1975, Sư đoàn 3 đã đánh hơn 200 trận lớn nhỏ, loại khỏi vòng chiến đấu hơn 25.000 tên địch, bắt sống và gọi hàng 15.000 tên. Trong đó có 2 cấp tướng, 44 cấp tá và hơn 700 sĩ quan cấp úy. Cùng với đơn vị bạn và nhân dân địa phương tiêu diệt và làm tan rã Sư đoàn 22 ngụy, Lữ đoàn dù số 1, Lữ đoàn dù số 2, Liên đoàn biệt động 31, Trung đoàn Bộ binh 4 và 5 của Sư đoàn 6 Không quân Ngụy.
Lần đầu tiên tham gia một chiến dịch quyết chiến chiến lược, cũng là lần đầu tiên Sư đoàn 3 có một lực lượng binh chủng hợp thành lớn. Phải cơ động từ xa, trong điều kiện thiếu phương tiện vận chuyển, Sư đoàn đã khắc phục khó khăn, quay vòng, tăng chuyến để đến vị trí tập kết đúng thời gian quy định. Độc lập tiến công trên một hướng trên chiến trường không quen thuộc, xa sự chi viện của chiến dịch, Sư đoàn đã chấp hành nghiêm mệnh lệnh, khẩn trương chuẩn bị chiến trường, chủ động hiệp đồng chặt chẽ với địa phương và các lực lượng tăng cường, nổ súng đúng thời gian và đánh trúng các mục tiêu quy định. Trong quá trình tiến công, chỉ huy Sư đoàn luôn nắm chắc tình hình diễn biến trên các hướng, kịp thời điều chỉnh quyết tâm chiến đấu. Do vậy, Sư đoàn đã duy trì và đẩy nhanh được tốc độ tiến công đánh chiếm các mục tiêu then chốt.
Với sự trưởng thành về công tác tổ chức, chỉ huy trong chiến đấu hiệp đồng binh chủng của đội ngũ cán bộ chỉ huy các cấp. Đặc biệt là sự nhạy bén, linh hoạt trong vận dụng các loại hình chiến thuật. Trận tiến công vào Phước Tuy, từ phân tích địch ta đúng đắn, Sư đoàn đã tiến hành một lúc cả hai thủ đoạn chiến đấu thọc sâu và vây lấn ngoại vi, khiến đội hình địch rối loạn, ta có điều kiện tăng nhanh tốc độ tiến công vào thành phố Vũng Tàu. Khi hướng tiến công chủ yếu gặp khó khăn, không vượt qua được sông Cỏ May, Sư đoàn đã nhanh chóng chuyển hướng chủ yếu sang hướng thứ yếu, nhờ đó đã thay đổi rất nhanh thế và lực của trận đánh. Đặc biệt, mũi chia cắt của Tiểu đoàn 6 đánh vào Phước Thành, sau lưng cụm phòng ngự địch ở bờ Nam sông Cỏ May là một mũi hết sức lợi hại, đã tạo điều kiện cho Trung đoàn 2 phá vỡ cụm phòng ngự địch Nam cầu Cỏ May và phát triển tiến công theo đường số 15 vào thành phố Vũng Tàu.
Tác chiến trên một không gian rộng, địa hình phức tạp, gần cửa biển, địch ngoan cố chống trả, nhưng các đơn vị đã chấp hành tốt hiệp đồng của Sư đoàn, chủ động khắc phục khó khăn, kiên quyết tiến công và luôn tạo điều kiện thuận lợi cho đơn vị bạn hoàn thành nhiệm vụ. Chính vậy, Sư đoàn trong 22 giờ giải phóng hoàn toàn tỉnh Phước Tuy, 29 giờ giải phóng thành phố Vũng Tàu. Dù Vũng Tàu là thành phố lớn, có nhiều căn cứ quân sự của địch, lực lượng ngụy quân, ngụy quyền ở đây cực kỳ ngoan cố. Trong khi đây là lần đầu Sư đoàn đánh vào thành phố, nhưng cán bộ, chiến sĩ đã chiến đấu dũng cảm, linh hoạt giữa những dãy nhà cao tầng và đường sá chằng chịt để diệt địch, bảo vệ được dân, giữ được những cơ sở kĩ thuật quân sự quan trọng.
Hoạt động ở chiến trường nào, Sư đoàn Sao Vàng cũng hiệp đồng chặt chẽ và hết sức coi trọng sự giúp đỡ của đảng bộ và các lực lượng vũ trang địa phương. Khu vực tác chiến chưa quen thuộc, theo chỉ dẫn của bộ phận chỉ đường, các đơn vị đều cơ động thuận lợi qua các địa hình phức tạp, tiến công đúng hướng, đúng mục tiêu và Sư đoàn đã tổ chức được mũi thọc sâu qua rừng tre nên tạo được bất ngờ và nhanh chóng tiến công vào thị xã Bà Rịa.
Tham gia một hướng trong Chiến dịch Hồ Chí Minh, Sư đoàn 3 đã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ được giao, giải phóng toàn bộ tỉnh Phước Tuy và thị xã Vũng Tàu; tiêu diệt và loại khỏi vòng chiến đấu gần 1 vạn tên địch thu toàn bộ vũ khí, phương tiện chiến tranh, gồm hàng trăm xe, pháo, tàu chiến và hàng ngàn tấn quân trang, quân dụng khác. Chiến thắng Bà Rịa-Vũng Tàu đã ghi thêm một dấu son trong lịch sử chiến đấu và trưởng thành của Sư đoàn.
Cuộc kháng chiến chống Mỹ, cứu nước kết thúc thắng lợi bằng Chiến dịch Hồ Chí Minh lịch sử. Trong niềm vui hân hoan của dân tộc Việt Nam và nhân dân yêu chuộng hòa bình trên toàn thế giới. Sau 57 ngày đêm liên tục chiến đấu, Sư đoàn Sao Vàng đã được Quốc hội và Nhà nước tặng thưởng 3 Huân chương Quân công từ hạng Nhất, Nhì, Ba; được Bộ Tư lệnh Quân đoàn 2 tặng lá cờ mang dòng chữ “Đơn vị hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ Chiến dịch Hồ Chí Minh lịch sử”. Đặc biệt, ngày 8-9-1975, Chủ tịch nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa Tôn Đức Thắng, Chủ tịch Ủy Ban Thường vụ Quốc hội Trường Chinh đã ra quyết định tuyên dương danh hiệu Anh hùng Lực lượng vũ trang nhân dân cho Sư đoàn 3 và Trung đoàn 141 vì đã “Lập được nhiều thành tích đặc biệt xuất sắc trong chiến đấu, phục vụ chiến đấu, trong cuộc Tổng tiến công và nổi dậy mùa Xuân 1975, giải phóng miền Nam, góp phần đưa sự nghiệp kháng chiến chống Mỹ, cứu nước của dân tộc ta đến thắng lợi hoàn toàn”.